JPH0477221B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は金属水素化物を利用した熱輸送装置に
関する。

(ロ) 従来の技術 従来、太陽熱集熱器や地熱等の熱発生個所から
熱利用個所までの熱輸送は全て水などの熱媒を用
いる方法であつた。このため、輸送中に大きな熱
損失が生じて熱媒の温度降下をもたらし、熱発生
個所での比較的高質の熱が熱利用個所では低質の
熱に変化し、エネルギー的に非常に大きな損失を
伴つていた。特に産業用プロセス等において利用
する熱は、総熱量と共に、熱の温度レベルは非常
に重要な役割を果たし、質の低下した熱は利用価
値が無くなるので、熱媒配管の断熱には極めて断
熱効果の高い断熱処理を施さなければならなかつ
た。

更に、太陽熱を利用したシステムでは、エネル
ギー密度が小さいため集熱面積が大きくなり、熱
利用個所があまり離れていなくても熱媒配管が長
くなる傾向にある。同時に太陽熱集熱温度が高く
なるに従い集熱効率は低くなるため、できるだけ
集熱温度が低く、温度レベルの低下が小さい熱輸
送が望まれていた。しかし、これまで熱媒による
熱輸送より優る方法が提案されていなかつた。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 上記の点に鑑み、出願人は先に金属水素化物を
利用し水素を用いて熱輸送することにより、熱発
生個所から熱利用個所まで温度レベルの低下がな
く、効率良く熱輸送できる熱輸送システムを提案
した。この方法によれば、従来の熱媒による熱輸
送方法に比べ、熱発生個所での温度レベルを保持
した状態で熱利用個所まで輸送でき、また、熱輸
送距離に拘らず、安定した熱効率で熱輸送ができ
る利点が得られる。

しかしながら、上記方法においては、熱発生個
所で吸熱的に放出される水素ガスが、高温である
ため、熱発生個所近傍の水素配管が加熱され、安
全対策上十分でなかつたと同時に、水素配管に介
在するバルブ等は高温でも耐え得るものを用いる
必要があつた。同時に、熱利用個所で発熱的に吸
収される水素ガスは、水素配管内を輸送される間
に冷却され、周囲温度とほとんど同じ温度となつ
ているため、熱利用個所で出熱温度まで再度加熱
しなければならず、更に、この熱は水素ガスと金
属水素化物の反応熱でまかなわれるため、熱効率
の低下を招くなどの問題点があつた。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明は、熱発生個所側に配置された、熱源か
ら熱媒を流すための第１熱媒配管１７と冷却水源
から冷却水を流すための冷却水配管１９とが金属
水素化物２を密封した耐圧容器内部を気密に貫通
配置されてなる２つの金属水素化物容器３Ａ，３
Ｂと、これらの２つの金属水素化物容器３Ａ，３
Ｂのうち水素輸送側の容器に設けられた前記第１
熱媒配管１７を選択して前記熱源から熱媒を流す
ように切り替える第１切替弁１６と、前記２つの
金属水素化物容器３Ａ，３Ｂのうち水素貯蔵側の
容器に設けられた前記冷却水配管１９を選択して
前記冷却水を流すように切り替える第２切替弁１
８，１８′と、熱利用個所側に配置された、熱負
荷へ熱媒を流すための第２熱媒配管２２と低質熱
源から熱媒を流すための第３熱媒配管２５とが金
属水素化物６を密封した耐圧容器内部を気密に貫
通配置されてなる２つの金属水素化物容器７Ａ，
７Ｂと、これらの２つの金属水素化物容器７Ａ，
７Ｂのうち水素貯蔵側の容器に設けられた前記第
２熱媒配管２２を選択して前記熱負荷へ熱媒を流
すように切替える第３切替弁２０と、前記２つの
金属水素化物容器７Ａ，７Ｂのうち水素輸送側の
容器に設けられた前記第３熱媒配管２５を選択し
て前記低質熱源から熱媒を流すように切替える第
４切替弁２３，２３′と、前記熱発生個所側に設
けられた水素輸送側の容器と前記熱利用個所側に
設けられた水素貯蔵側の容器および前記熱発生個
所側に設けられた水素貯蔵側の容器と前記熱利用
個所側に設けられた水素輸送側の容器をそれぞれ
連結する２本の水素配管９Ａ，９Ｂと、前記冷却
水源からの冷却水を流すことにより前記熱発生個
所側の２本の水素配管９Ａ，９Ｂをそれぞれ冷却
するための２つの第１熱交換器１０，１３と、こ
れら２つの第１熱交換器１０，１３のうち水素輸
送側の容器に設けられた前記水素配管９Ａ，９Ｂ
を選択して冷却水を流すように切替える第５切替
弁１８と、前記熱利用個所側に設けられた冷却水
源からの冷却水を流すことにより前記熱利用個所
側の２本の水素配管９Ａ，９Ｂをそれぞれ冷却す
る２つの第２熱交換器１１，１４と、これらの２
つの第２熱交換器１１，１４のうち水素貯蔵側の
容器に設けられた前記水素配管９Ａ，９Ｂを選択
して冷却水を流すように切替える第６切替弁２４
と、前記低質熱源から熱媒を流すことにより前記
熱利用個所側の２本の水素配管９Ａ，９Ｂをそれ
ぞれ加熱する２つの第３熱交換器１２，１５と、
これらの２つの第３熱交換器１２，１５のうち水
素輸送側の容器に設けられた前記水素配管９Ａ，
９Ｂを選択して前記低質熱源から熱媒を流すよう
に切替える第７切替弁２３，２３′とを設けるよ
うにしたものである。

(チ) 作用 熱発生個所で、放出される高温の水素ガスは、
冷却水により冷却されるため、金属水素化物容器
近傍の水素配管以外は、雰囲気温度にすることが
できる。これにより、断熱処理等の安全対策が不
要になると共に、配管材料の選定も非常に容易と
なる。同時に、水素配管内に介在するバルブ等の
選定も容易になり、水素配管を作成する費用およ
び労力の面でも非常に改善される。

更に、熱利用個所近傍の水素配管は低質熱源に
より加熱されるために、金属水素化物と反応する
水素ガスの温度は低質熱源温度まで予備加熱され
ていることになる。この結果、熱利用個所で水素
ガスの加熱に要する熱量は、少なくて済み、その
分高効率化が達成されることになる。

(ヘ) 実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

図は本発明の一実施例に係る熱輸送装置の概念
構成図を示したものである。この図において、熱
発生個所には、集熱器１の近傍に金属水素化物２
を収納した２つの金属水素化物容器３Ａ，３Ｂを
備えた熱輸送ユニツト４が設置される。一方、熱
利用個所には、冷暖房給湯器具等の熱負荷５の近
傍に金属水素化物６を収納した２つの金属水素化
物容器７Ａ，７Ｂを備えた熱再生ユニツト８が設
置される。これら金属水素化物容器３Ａ，７Ａお
よび３Ｂ，７Ｂとの間を連結して２本の水素配管
９Ａ，９Ｂが配設される。また、水素配管９Ａに
は熱交換器１０，１１，１２が設置され、水素配
管９Ｂには熱交換器１３，１４，１５が設置され
る。

熱発生個所側の金属水素化物容器３Ａ，３Ｂに
は、三方切替弁１６を介して集熱器１に接続され
る熱媒配管１７が、外部の耐圧容器を気密に貫通
して集熱器１から内部に熱媒を流し、金属水素化
物２に熱を供給し得るように配管されている。ま
た、同様にして金属水素化物容器３Ａ，３Ｂには
三方切替弁１８を介して水源に接続される冷却水
配管１９が、耐圧容器を気密に貫通して内部に冷
却水を流し、金属水素化物２を冷却し得るように
配管され、排出された冷却水は、三方切替弁１
８′を介して熱交換器１０あるいは１３に供給さ
れ、水素ガスを冷却し得るように配管されてい
る。

一方、熱利用個所側の金属水素化物容器７Ａ，
７Ｂには、三方切替弁２０を介して蓄熱槽２１に
接続される熱媒配管２２が、耐圧容器を気密に貫
通して内部に熱媒を流し、金属水素化物６から発
生する熱を蓄熱槽２１に取り出し得るように配管
されている。また、同様にして金属水素化物容器
７Ａ，７Ｂには三方切替弁２３を介して低質熱源
である廃熱源を、三方切替弁２３′を介して熱交
換器１２あるいは１５により水素ガスを予備加熱
した後に供給し、金属水素化物６に熱を供給し得
るように熱媒配管２５がされている。また、水素
配管９Ａ，９Ｂは三方切替弁２４を介して熱交換
器１１あるいは１４により冷却水で冷却されてい
る。

以上の構成で、熱発生個所側では金属水素化物
容器３Ａを集熱器１に、金属水素化物容器３Ｂお
よび熱交換器１０を冷却水源に接続するように三
方切替弁１６，１８，１８′を切り替える。一方、
熱利用個所側では金属水素化物容器７Ａを蓄熱槽
２１に、熱交換器１２および金属水素化物容器７
Ｂを低質熱源（廃熱源）に接続するように三方切
替弁２０，２３，２３′を切り替える。これによ
り、集熱器１で集熱された熱は、集熱器１近傍に
設置された熱輸送ユニツト４内の１つの金属水素
化物容器３Ａに供給される。ここで、金属水素化
物容器３Ａ内に充填された金属水素化物は、熱の
供給により水素解離反応（吸熱反応）を生じ、発
生した水素ガスは熱交換器１０により冷却された
後、水素配管９Ａにより輸送される。輸送される
水素は熱交換器１２を介して低質熱源（廃熱源）
で予備加熱され、その後熱再生ユニツト８内の一
つの金属水素化物容器７Ａに供給される。供給さ
れた水素は金属水素化物容器７Ａ内に充填された
金属水素化物６と反応し（発熱反応）、その反応
熱は熱媒配管２２により回収され、蓄熱器２１を
通して熱負荷５に供給される（熱輸送過程）。

この水素ガスによる熱輸送と同時に熱再生ユニ
ツト８内の他方の金属水素化物容器７Ｂには、低
質熱源（廃熱源）から熱媒が供給され、発生する
水素ガスは熱交換器１４により冷却された後、水
素配管９Ｂを通して熱輸送ユニツト４内の他方の
金属水素化物容器３Ｂに水素が戻される（再生過
程）。

次に、熱輸送ユニツト４および熱再生ユニツト
８に収納される金属水素化物容器３Ａ，７Ａは、
所定量の水素（有効水素移動量）が輸送された後
は、再生過程に切り替わる。同時に再生過程であ
つた金属水素化物容器７Ｂ，３Ｂは熱輸送過程に
切り替わり、熱再生ユニツト８内の金属水素化物
容器７Ｂから集熱温度レベルの熱が回収される。

このように、熱輸送ユニツト４内の金属水素化
物容器３Ａ，３Ｂおよび熱再生ユニツト８内の金
属水素化物容器７Ａ，７Ｂを順次切り替えること
により、集熱器１により集熱された熱を熱負荷５
へ連続的に輸送することができる。また、輸送水
素配管は常に雰囲気温度であり、熱交換器１２，
１５により水素ガスを予備加熱するために、安全
でかつ高効率に熱輸送することができる。例え
ば、熱利用個所での出熱温度が150℃、低質熱源
の温度が120℃である場合、三方切替弁１８′，２
３′，２４および熱交換器１１〜１５のないシス
テムでは、水素ガス（温度25℃）の顕熱上昇分と
して、金属水素化物と水素ガスの反応熱の８％も
奪われていたのに対し、本発明による場合は、水
素ガスを低質熱源により予備加熱（温度120℃）
するため、出熱温度まで加熱する熱量は、反応熱
の２％でまかなえるようになる。この差の６％
は、そのまま出熱量の増加につながり、熱輸送シ
ステムの高効率が達成できることになる。

(ト) 発明の効果 以上説明したように本発明によれば、金属水素
化物を利用した熱輸送装置において、輸送水素配
管は冷却水で冷却されるため常に雰囲気温度とな
り、断熱材等の保護は全く必要とせず、配管材お
よびバルブ等の介在物の選定も極めて容易とな
り、コストも安くなる。また、輸送された水素ガ
スは熱再生ユニツト内の金属水素化物容器に入る
直前で、低質熱源により再加熱されるため、水素
顕熱量による熱効率の低下が抑えられ、高効率で
熱輸送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例に係る金属水素化物を利
用した熱輸送装置の概念図である。 １…集熱器、２，６…金属水素化物、３Ａ，３
Ｂ，７Ａ，７Ｂ…金属水素化物容器、４…熱輸送
ユニツト、５…熱負荷、８…熱再生ユニツト、９
Ａ，９Ｂ…水素配管、１０…第１熱交換器、１３
…第２熱交換器、１１…第３熱交換器、１４…第
４熱交換器、１２…第５熱交換器、１５…第６熱
交換器、１６…第１三方切替弁、１８…第２三方
切替弁、２０…第３三方切替弁、２３…第４三方
切替弁、１８′…第５三方切替弁、２４…第６三
方切替弁、２３′…第７三方切替弁、１７，２２，
２５…熱媒配管、１９…冷却水配管、２１…蓄熱
槽。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱発生個所側に配置された、熱源から熱媒を
   流すための第１熱媒配管と冷却水源から冷却水を
   流すための冷却水配管とが金属水素化物を密封し
   た耐圧容器内部を気密に貫通配置されてなる２つ
   の金属水素化物容器と、これらの２つの金属水素
   化物容器のうち水素輸送側の容器に設けられた前
   記第１熱媒配管を選択して前記熱源から熱媒を流
   すように切り替える第１切替弁と、前記２つの金
   属水素化物容器のうち水素貯蔵側の容器に設けら
   れた前記冷却水配管を選択して前記冷却水を流す
   ように切り替える第２切替弁と、 熱利用個所側に配置された、熱負荷へ熱媒を流
   すための第２熱媒配管と低質熱源から熱媒を流す
   ための第３熱媒配管とが金属水素化物を密封した
   耐圧容器内部を気密に貫通配置されてなる２つの
   金属水素化物容器と、これらの２つの金属水素化
   物容器のうち水素貯蔵側の容器に設けられた前記
   第２熱媒配管を選択して前記熱負荷へ熱媒を流す
   ように切替える第３切替弁と、前記２つの金属水
   素化物容器のうち水素輸送側の容器に設けられた
   前記第３熱媒配管を選択して前記低質熱源から熱
   媒を流すように切替える第４切替弁と、 前記熱発生個所側に設けられた水素輸送側の容
   器と前記熱利用個所側に設けられた水素貯蔵側の
   容器および前記熱発生個所側に設けられた水素貯
   蔵側の容器と前記熱利用個所側に設けられた水素
   輸送側の容器をそれぞれ連結する２本の水素配管
   と、 前記冷却水源からの冷却水を流すことにより前
   記熱発生個所側の２本の水素配管をそれぞれ冷却
   するための２つの第１熱交換器と、これらの２つ
   の第１熱交換器のうち水素輸送側の容器に設けら
   れた前記水素配管を選択して冷却水を流すように
   切替える第５切替弁と、 前記熱利用個所側に設けられた冷却水源からの
   冷却水を流すことにより前記熱利用個所側の２本
   の水素配管をそれぞれ冷却する２つの第２熱交換
   器と、これらの２つの第２熱交換器のうち水素貯
   蔵側の容器に設けられた前記水素配管を選択して
   冷却水を流すように切替える第６切替弁と、前記
   低質熱源から熱媒を流すことにより前記熱利用個
   所側の２本の水素配管をそれぞれ加熱する２つの
   第３熱交換器と、これらの２つの第３熱交換器の
   うち水素輸送側の容器に設けられた前記水素配管
   を選択して前記低質熱源から熱媒を流すように切
   替える第７切替弁とを備えたことを特徴とする金
   属水素化物を利用した熱輸送装置。